本发明专利技术提供一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置及其方法，所述系统装置包括稀土矿山相似模型、溶浸开采模拟单元和采动渗流监测单元；所述稀土矿山相似模型包括层叠设置的基座、半风化层岩样、半风化层顶板面、全风化层矿样、全风化层顶板面、腐殖层岩样和腐殖层顶板面；所述溶浸开采模拟单元包括注液管、滤水管和泄水孔；所述采动渗流监测单元包括依次连接的加热电源、解调仪和温度感测光缆。本发明专利技术提供的系统装置解决了现有原地浸矿法柱层淋洗试验方法的不足，填补了原地浸矿相似模型室内试验的空白。似模型室内试验的空白。似模型室内试验的空白。
【技术实现步骤摘要】
一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置及其方法
[0001]本申请要求申请号为202110943299.4专利申请的优先权(在先申请的申请日为2021年8月17日，专利技术名称为：一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置及其方法)。
[0002]本专利技术属于溶浸采矿
，涉及一种原地溶浸开采试验方法，尤其涉及一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置及其方法。
技术介绍
[0003]离子吸附型稀土矿床作为一种非矿物型稀土资源，目前主要采用原地溶浸法开采。所谓原地溶浸开采就是在不开挖矿岩的情况下，将溶浸液经浅孔注入矿体，附着于黏土矿物表面的稀土离子被溶浸液中的阳离子交换解吸随溶浸液流出形成浸出母液，进而从中回收稀土的方法。
[0004]原地浸矿法已成为离子型稀土矿开采最为常用的方法。然而，传统原地溶浸开采采用“粗放式”设计，整个开采工艺参数依据经验法或类比法选取，往往造成矿块内存在大量的浸矿盲区，资源浪费严重，且在实际生产中常采用加大注液强度的方式来最大限度消除浸矿盲区，如此一方面导致浸矿剂消耗量大，另一方面加重了山体滑坡的风险。
[0005]目前，在整个离子吸附型稀土提取技术研究中，最多采用的浸取方式是柱层交换浸取，该试验系统仅考虑溶液与矿样之间的相互交换吸附，而试验过程往往忽略了采准工程布置对浸取效果的影响。现有原地浸矿方法试验系统的局限性导致无法模拟矿山实际开采情况，原地浸矿开采参数由传统经验法和类比法确定。现有试验方法大多采用柱层淋洗的方式来模拟开采过程，无法考察山体内部渗流场对溶采的影响，也无法考察各种注液参数(注液速率、注液量、注液次数、注液浓度)和官网布置参数对收液效果(收液速率和溶采效率)的影响。
[0006]CN 103205566A公开了一种原地浸矿渗流试验系统，所述专利技术采用压力容器装置来模拟原地浸矿开采，并通过调节装置内结构实现不同地质条件和工艺参数下离子型稀土开采，但该系统未考虑离子型稀土矿山地层规律和山体分布特点，无法准确描述矿山真实现状，也就无法准确描述原地浸矿开采过程。
[0007]由此可见，如何提供一种原地溶浸开采试验系统，解决现有原地浸矿法柱层淋洗试验方法的不足，填补原地浸矿相似模型室内试验的空白，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置及其方法，所述系统装置解决了现有原地浸矿法柱层淋洗试验方法的不足，填补了原地浸
矿相似模型室内试验的空白。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置，所述系统装置包括稀土矿山相似模型、溶浸开采模拟单元和采动渗流监测单元。
[0011]所述稀土矿山相似模型包括层叠设置的基座、半风化层岩样、半风化层顶板面、全风化层矿样、全风化层顶板面、腐殖层岩样和腐殖层顶板面。
[0012]所述基座上设置有样品槽和集液槽，且所述半风化层岩样设置在样品槽内。
[0013]所述溶浸开采模拟单元包括注液管、滤水管和泄水孔。
[0014]所述注液管沿竖直方向依次贯穿于所述腐殖层顶板面、腐殖层岩样和全风化层顶板面，并插入所述全风化层矿样。
[0015]所述滤水管设置于所述样品槽的底面。
[0016]所述泄水孔设置于所述集液槽的侧壁。
[0017]所述采动渗流监测单元包括依次连接的加热电源、解调仪和温度感测光缆。
[0018]所述温度感测光缆设置于所述半风化层岩样和全风化层矿样中。
[0019]本专利技术提供的系统装置适用于任何稀土矿山原地溶浸采动室内相似模拟，通过任意调节注液参数和管网布置参数，开展不同溶采条件下渗流场变化规律研究，能够有效进行采动强化与边坡灾变耦合调控分析研究。
[0020]优选地，所述稀土矿山相似模型为离子吸附型稀土矿山相似模型。
[0021]优选地，所述离子吸附型稀土矿山相似模型采用以下方法制备得到：
[0022](1)将离子吸附型稀土矿山划分为待采矿块，并将待采矿块按比例缩小；
[0023](2)根据步骤(1)所得缩小后的待采矿块，利用三维建模技术依次构建腐殖层、全风化层和半风化层的三维数字模型；
[0024](3)根据步骤(2)所得三维数字模型，利用3D打印技术依次生成腐殖层顶板面、全风化层顶板面和半风化层顶板面；
[0025](4)将步骤(3)所得三种顶板面按照腐殖层顶板面、全风化层顶板面和半风化层顶板面的顺序相互固定，并将所述半风化层顶板面与基座相互固定；
[0026](5)将腐殖层岩样、全风化层矿样和半风化层岩样依次填充于三种顶板面之间的对应位置，得到离子吸附型稀土矿山相似模型。
[0027]本专利技术中，步骤(5)所述“将腐殖层岩样、全风化层矿样和半风化层岩样依次填充于三种顶板面之间的对应位置”具体表述为：将腐殖层岩样填充于腐殖层顶板面与全风化层顶板面之间的位置；将全风化层矿样填充于全风化层顶板面和半风化层顶板面之间的位置；将半风化层岩样填充于半风化层顶板面与基座之间的位置。
[0028]优选地，步骤(1)所述待采矿块按比例缩小的体积比范围为1:(80
‑
100)，例如可以是1:80、1:82、1:84、1:86、1:88、1:90、1:92、1:94、1:96、1:98或1:100，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0029]优选地，步骤(2)所述3D打印技术生成的三种顶板面分别为方形网状结构，且网格尺寸为(2
‑
4)
×
(2
‑
4)mm，例如可以是2
×
2mm、2.5
×
2.5mm、3
×
3mm、3.5
×
3.5mm或4
×
4mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0030]优选地，所述注液管为圆形注液管。
[0031]优选地，所述圆形注液管的内径为1
‑
2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0032]优选地，所述圆形注液管的外径为2.5
‑
3.5mm，例如可以是2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm或3.5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0033]优选地，所述注液管插入所述全风化层矿样的深度为0.8
‑
1.2cm，例如可以是0.8cm、0.85c本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于相似模型构建的原地溶浸开采试验的系统装置，其特征在于，所述系统装置包括稀土矿山相似模型、溶浸开采模拟单元和采动渗流监测单元；所述稀土矿山相似模型包括层叠设置的基座、半风化层岩样、半风化层顶板面、全风化层矿样、全风化层顶板面、腐殖层岩样和腐殖层顶板面；所述基座上设置有样品槽和集液槽，且所述半风化层岩样设置在样品槽内；所述溶浸开采模拟单元包括注液管、滤水管和泄水孔；所述注液管沿竖直方向依次贯穿于所述腐殖层顶板面、腐殖层岩样和全风化层顶板面，并插入所述全风化层矿样；所述滤水管设置于所述样品槽的底面；所述泄水孔设置于所述集液槽的侧壁；所述采动渗流监测单元包括依次连接的加热电源、解调仪和温度感测光缆；所述温度感测光缆设置于所述半风化层岩样和全风化层矿样中。2.根据权利要求1所述的系统装置，其特征在于，所述稀土矿山相似模型为离子吸附型稀土矿山相似模型；优选地，所述离子吸附型稀土矿山相似模型采用以下方法制备得到：(1)将离子吸附型稀土矿山划分为待采矿块，并将待采矿块按比例缩小；(2)根据步骤(1)所得缩小后的待采矿块，利用三维建模技术依次构建腐殖层、全风化层和半风化层的三维数字模型；(3)根据步骤(2)所得三维数字模型，利用3D打印技术依次生成腐殖层顶板面、全风化层顶板面和半风化层顶板面；(4)将步骤(3)所得三种顶板面按照腐殖层顶板面、全风化层顶板面和半风化层顶板面的顺序相互固定，并将所述半风化层顶板面与基座相互固定；(5)将腐殖层岩样、全风化层矿样和半风化层岩样依次填充于三种顶板面之间的对应位置，得到离子吸附型稀土矿山相似模型。3.根据权利要求2所述的系统装置，其特征在于，步骤(1)所述待采矿块按比例缩小的体积比范围为1:(80
‑
100)；优选地，步骤(2)所述3D打印技术生成的三种顶板面分别为方形网状结构，且网格尺寸为(2
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4)
×
(2
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4)mm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的系统装置，其特征在于，所述注液管为圆形注液管；优选地，所述圆形注液管的内径为1
‑
2mm；优选地，所述圆形注液管的外径为2.5
‑
3.5mm；优选地，所述注液管插入所述全风化层矿样的深度为0.8
‑
1.2cm；优选地，所述注液管超出所述腐殖层顶板面的长度为3
‑
7cm。5.根据权利要求1
‑...
【专利技术属性】
技术研发人员：王崇罡，孙贵东，万印华，于宏东，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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